(57)【要約】【課題】  熱分解ガスが一様でなくとも、完全燃焼を図ることができるとともに、燃焼触媒が熱分解ガスの残留成分で閉塞を来すことがなく、しかも一時に多量の熱分解ガスを効率良く無炎燃焼させることができる熱分解ガス燃焼方法及び装置を提供する。【解決手段】  触媒燃焼器２にてその触媒後方で無炎燃焼させた無炎燃焼ガスを後段の無炎燃焼炉６へ送り込みながら、廃棄物等の熱分解により生じた熱分解ガスをこの無炎燃焼炉に導入して無炎燃焼させる。ヒータ１２で加熱した空気を触媒燃焼器２へ送り込んで触媒燃焼させ、無炎燃焼炉内で熱分解ガスを無炎燃焼させる無炎燃焼ガスとする。燃料ガスを触媒燃焼器へ随時供給し、触媒燃焼温度を維持する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒燃焼器にてその触媒後方で無炎燃焼させた無炎燃焼ガスを後段の無炎燃焼炉へ送り込みながら、廃棄物等の熱分解により生じた熱分解ガスをこの無炎燃焼炉に導入して無炎燃焼させることを特徴とする熱分解ガス燃焼方法。
【請求項２】
ヒータで加熱した空気を触媒燃焼器へ送り込んで触媒燃焼させ、無炎燃焼炉内で熱分解ガスを無炎燃焼させる無炎燃焼ガスとすることを特徴とする請求項１に記載の熱分解ガス燃焼方法。
【請求項３】
燃料ガスを触媒燃焼器へ随時供給し、触媒燃焼温度を維持することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱分解ガス燃焼方法。
【請求項４】
燃料ガスとヒータで加熱した空気とを混合して触媒燃焼器へ供給することを特徴とする請求項３に記載の熱分解ガス燃焼方法。
【請求項５】
無炎燃焼炉で無炎燃焼させたガスを熱交換器へ送って熱交換媒体として利用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱分解ガス燃焼方法。
【請求項６】
随時供給される燃料ガスを触媒後方で無炎燃焼させる触媒燃焼器と、この触媒燃焼器の後段に設けられ、それからの無炎燃焼ガスを送り込まれるとともに、廃棄物等の熱分解により生じた熱分解ガスを外部から導入されて該熱分解ガスを無炎燃焼させる無炎燃焼炉とを有することを特徴とする熱分解ガス燃焼装置。
【請求項７】
触媒燃焼器は、触媒配置部分より後方に、無炎燃焼炉へ接続される後方燃焼チューブを有し、この後方燃焼チューブ内で無炎燃焼を生じさせることを特徴とする請求項６に記載の熱分解ガス燃焼装置。
【請求項８】
送風機からの空気を加熱するヒータを触媒燃焼器の外部に設けるとともに、その熱風と燃料ガスとを混合して触媒燃焼器へ送り込むミキサを触媒燃焼器の入口側に設けたことを特徴とする請求項６又は７に記載の熱分解ガス燃焼装置。
【請求項９】
後方燃焼チューブを含む触媒燃焼器を予熱チャンバ内に収容して、ヒータからの熱風をこの予熱チャンバ内に送風し、後方燃焼チューブの周囲で更に加熱してから触媒燃焼器中へ送り込むことを特徴とする請求項８に記載の熱分解ガス燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物等を熱処理して生ずる熱分解ガス、例えば生ゴミや汚泥、或いは廃プラスチックや廃棄された紙類や木材等を熱処理することにより生ずる熱分解ガス（いわゆるバイオガス等）を燃焼させて熱源としたり改質（無害化）する熱分解ガス燃焼方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物等を熱処理して生ずる熱分解ガスを燃焼触媒を用いて触媒燃焼させることは、特許文献１（特開２００４−１１５５７６号公報）や特許文献２（特開２００３−２７７７６１号公報）等で公知である。
【０００３】
しかし、従来は、熱分解ガスを燃焼触媒に直接接触させ、その接触部で直接燃焼させていたため、次のような問題がある。
（１）熱分解ガスは成分や濃度等が一様ではないので、燃焼触媒による燃焼が一様にならなく、不完全燃焼になる恐れがある。
（２）燃焼触媒は一般にハニカム構造や多重の波形構造になっているため、熱分解ガスにタール分などが残留していると、それらが燃焼触媒に付着して閉塞を来す。
（３）燃焼触媒の構造（組織）から、その中を通過させるガス流量に制約があるため、一時に燃焼できる熱分解ガスのガス量に制限がある。
【特許文献１】特開２００４−１１５５７６号公報
【特許文献２】特開２００３−２７７７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の目的は、このような問題を解決すること、すなわち、熱分解ガスが一様でなくとも、完全燃焼を図ることができるとともに、燃焼触媒が熱分解ガスの残留成分で閉塞を来すことがなく、しかも一時に多量の熱分解ガスを効率良く無炎燃焼させることができる熱分解ガス燃焼方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の熱分解ガス燃焼方法は、触媒燃焼器にてその触媒後方で無炎燃焼させた無炎燃焼ガスを後段の無炎燃焼炉へ送り込みながら、廃棄物等の熱分解により生じた熱分解ガスをこの無炎燃焼炉に導入して無炎燃焼させる。
【０００６】
触媒燃焼器にて直接触媒燃焼させるガスとして空気を用いる場合には、ヒータで加熱した空気を触媒燃焼器へ送り込んで触媒燃焼させ、これを、無炎燃焼炉内で熱分解ガスを無炎燃焼させる無炎燃焼ガスとする。
【０００７】
触媒燃焼器での触媒燃焼温度を維持するために、燃料ガスを触媒燃焼器へ随時供給する。その場合、燃料ガスとヒータで加熱した空気とを混合して触媒燃焼器へ供給する。
【０００８】
無炎燃焼炉で無炎燃焼させたガスは、熱交換器へ送って熱交換媒体として利用することができる。
【０００９】
本発明の熱分解ガス燃焼装置は、随時供給される燃料ガスを触媒後方で無炎燃焼させる触媒燃焼器と、この触媒燃焼器の後段に設けられ、それからの無炎燃焼ガスを送り込まれるとともに、廃棄物等の熱分解により生じた熱分解ガスを外部から導入されて該熱分解ガスを無炎燃焼させる無炎燃焼炉とを有することを特徴とする。
【００１０】
触媒燃焼器は、触媒配置部分より後方に、無炎燃焼炉へ接続される後方燃焼チューブを有し、この後方燃焼チューブ内で無炎燃焼を生じさせる。
【００１１】
また、送風機からの空気を加熱するヒータを触媒燃焼器の外部に設けるとともに、その熱風と燃料ガスとを混合して触媒燃焼器へ送り込むミキサを触媒燃焼器の入口側に設ける。
【００１２】
後方燃焼チューブを含む触媒燃焼器を予熱チャンバ内に収容して、ヒータからの熱風をこの予熱チャンバ内に送風し、後方燃焼チューブの周囲で更に加熱してから触媒燃焼器中へ送り込むと良い。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１及び請求項６に係る本発明は、熱分解ガスを触媒燃焼器にて直接に触媒燃焼させないで、クリーンなガスを触媒燃焼器にてその触媒後方で無炎燃焼させ、その無炎燃焼ガスを後段の無炎燃焼炉へ送り込んで、この無炎燃焼炉内で熱分解ガスを無炎燃焼させるので、熱分解ガスが一様でなくとも、完全燃焼を図ることができるとともに、燃焼触媒が熱分解ガスの残留成分で閉塞を来すことがなく、しかも一時に多量の熱分解ガスを効率良く無炎燃焼させることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、ヒータで加熱した空気を、無炎燃焼炉内で熱分解ガスを無炎燃焼させるための無炎燃焼ガスとして利用できる。
【００１５】
請求項３及び４に係る発明によれば、燃料ガスを触媒燃焼器へ随時供給して、触媒燃焼温度を維持するので、熱分解ガスを常に安定して無炎燃焼させることができる。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、無炎燃焼炉で無炎燃焼させたガスの熱を、熱交換器で他のガスや液体等との熱交換に供することができる。
【００１７】
請求項７に係る発明によれば、クリーンなガスを触媒燃焼器の後方燃焼チューブ内で無炎燃焼を生じさせながら無炎燃焼炉内へ送り込むことができる。
【００１８】
請求項８に係る発明によれば、送風機からの空気をヒータで加熱して熱風とし、これと燃料ガスとをミキサで混合して触媒燃焼器へ送り込むことができる。
【００１９】
請求項９に係る発明によれば、ヒータで加熱した熱風を予熱チャンバ内に送風し、後方燃焼チューブの周囲で更に加熱してから触媒燃焼器中へ送り込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００２１】
図１に本発明の一実施例の熱分解ガス燃焼装置の概要図を示す。
この熱分解ガス燃焼装置１は、燃焼触媒２ａを内蔵した触媒燃焼器２の入口側にミキサ３、出口側に後方燃焼チューブ４を設け、これらを予熱チャンバ５内に余裕をもって収容している。
【００２２】
触媒燃焼器２は、白金やパラジウム等の貴金属又はこれらの酸化物によりなる粒子を断面ハニカム構造とした燃焼触媒２ａを用い、これを担持したチャンネルと担持しないチャンネルを交互に配置して、担持したチャンネルで発生した燃焼反応熱を担持しないチャンネルを通るガスに熱交換して温度を平均化させるパイプ構造となっている。なお、触媒燃焼器２の構造はこのような構造に限らない。
【００２３】
後方燃焼チューブ４の先端は、予熱チャンバ５よりも断面積が大きい無炎燃焼炉６の入口６ａに接続されている。これとは反対側には、ミキサ３の入口３ａが、その開口面を拡げて予熱チャンバ５の一端壁５ａと所要の間隔をおいて対向している。この一端壁５ａの中央には、予熱チャンバ５の外側において燃料ガス供給パイプ７が接続されている。燃料ガス供給パイプ７の中途にはモータ駆動式バルブ８が設けられ、このバルブ８の開閉を電気的に制御することにより、ＬＰＧガス等の燃料ガスが、燃料ガス供給パイプ７を通じてミキサ３の入口３ａへ向かって随時適量だけ送入されるようになっている。その流量はフローメータ９により計測され、バルブ８の開閉がフィードバック制御される。
【００２４】
また、予熱チャンバ５の周壁の無炎燃焼炉６近くには、熱風供給パイプ１０が接続されており、送風機１１からのクリーンな空気を電気ヒータ１２で加熱した加熱空気である熱風が、熱風供給パイプ１０を通じて後方燃焼チューブ４の先端部付近へ向かって予熱チャンバ５内に送入されるようになっている。
【００２５】
一方、無炎燃焼炉６には、その入口６ａ付近において熱分解ガス供給パイプ１３が接続され、図１には示していない外部の熱分解ガス生成系統で生成された熱分解ガスが送入される。
【００２６】
このように構成された熱分解ガス燃焼装置１によって熱分解ガスを燃焼させるには、バルブ８を開いてＬＰＧガス等の燃料ガスをミキサ３を通じて触媒燃焼器２へ適量だけ供給し、ここでの触媒燃焼を起動させる。電気ヒータ１２で例えば４００℃程度に加熱された加熱空気は、後方燃焼チューブ４の先端部付近へ向かって予熱チャンバ５内に送入されるので、後方燃焼チューブ４の周囲熱で更に加熱（予熱）されてから、ミキサ３により燃料ガスと混合されて触媒燃焼器２へ供給される。
【００２７】
触媒燃焼器２の出口側には後方燃焼チューブ４が設けられているため、加熱空気の燃焼（酸素が燃焼）、及びこれと燃料ガスとの混合ガスの燃焼は、燃焼触媒２ａの後方に続く後方燃焼チューブ４内での無炎の後方燃焼となる。その燃焼温度は例えば１１００℃程度である。この後方燃焼チューブ４内での無炎燃焼温度を維持するため、燃料ガスによる起動後は、バルブ８を随時開いて燃料ガスを随時適量ずつ供給する。
【００２８】
この１１００℃程度の燃焼ガスは、断面積が大きくなっている無炎燃焼炉６に直接送入されるため、熱風供給パイプ１０からの熱分解ガスは無炎燃焼炉６内で無炎燃焼される。その燃焼温度は例えば１０００℃〜１２００℃程度である。この無炎燃焼されて改質無害化したガスは、無炎燃焼炉６の出口６ｂから排出されて、図１には示していない例えば熱交換器へ送られ、熱交換のために供されてから大気中に排気される。
【００２９】
図２は、この熱分解ガス燃焼装置１を廃棄物炭化兼熱分解ガス利用システムへ適用した適用例を示す。
この図に示す廃棄物炭化兼ガス利用システムは、大きくは、廃棄物を乾留により炭化させながら熱分解ガスを生成する炭化熱分解ガス発生システムＡと、これからの熱分解ガスを改質・精製するガス改質・精製システムＢとを組み合わせたものである。
【００３０】
炭化熱分解ガス発生システムＡは、縦型のガス化炭化炉２１と、固体燃料となる廃棄物を破砕する破砕機２２と、破砕された廃棄物をガス化炭化炉２１内へ連続的又は間欠的に投入する搬入用コンベア２３と、ガス化炭化炉２１内へ熱風を吹き込んで運転を開始する始動用の熱風発生器（図示しない）とを有する。
【００３１】
ガス化炭化炉２１は、投入された廃棄物を、水蒸気を補給しながら、比較的低い温度（３００〜６００℃程度）でしかも完全燃焼するには不充分な空気量で乾留して炭化させ、熱分解による熱分解ガス（乾留ガス）を発生する。その運転開始は、開始用熱風発生器からガス化炭化炉２１内へ熱風を吹き込んで行い、開始後、開始用熱風発生器はオフにされ、以後はガス改質・精製システムＢ側の熱交換器２４を通って加熱器２５で加熱されたクリーンな高温空気が、水蒸気を混合させて乾留用高温空気として同じ供給口からガス化炭化炉２１内へ連続送入される。
【００３２】
ガス化炭化炉２１内の下部には、多孔状又は網目状の火格子２６が水平に設置され、この火格子２６より上に、下から燃焼ゾーン２７、乾留ゾーン２８、予備乾燥ゾーン２９、乾留ガスゾーン３０が形成され、各ゾーンの温度は、ガス化炭化炉２１の周壁にゾーン毎に設置された温度センサにて測定される。
【００３３】
火格子２６より下、つまり火格子２６とガス化炭化炉２１の底部２１ａとの間は給気室３１となっており、始動用熱風発生器からの熱風及び加熱器２５からの高温空気（例えば６００℃程度）は、この給気室３１から火格子２６を通って上昇する。この給気室３１の温度も温度センサにて測定される。火格子２６から落下した燃焼残留物は排出コンベア３２により炉外へ排出され、活性炭やレンガ等として利用される。
【００３４】
ガス改質・精製システムＢは、ガス化炭化炉２１内での熱分解にて生じた水蒸気を含む熱分解ガス（乾留ガス）を導入し、タール分やすす等を高温下（例えば８００〜１０００℃程度）で水蒸気と反応させて改質するガス改質手段である改質炉３３と、この改質炉３３からの高温（例えば８００℃程度）の改質ガスを濾過するフィルタ３４と、送風機３５からの低温空気（清浄空気）を、濾過後の改質ガスと熱交換する熱交換器２４と、熱交換後の空気を更に加熱して上記のようにガス化炭化炉２１の底部への高温空気（例えば６００℃程度）とする加熱器２５と、熱交換後の改質ガスを冷却・洗浄して精製された熱分解ガス（バイオガス）とする冷却・精製装置３６と、その精製後の熱分解ガスを送風する送風機３７と、その送風される熱分解ガスの一部を燃焼させる上述した熱分解ガス燃焼装置１と、その燃焼ガス（上記のように１０００℃〜１２００℃程度）と送風機３８からの低温空気（清浄空気）とを熱交換する熱交換器３９とからなる。送風機３８からの低温空気には、熱交換器３９へ入る前に水蒸気が混合される。
【００３５】
ガス化炭化炉２１内で発生した水蒸気を多く含む熱分解ガスは、ガス化炭化炉２１の上部から配管４０を通じて改質炉３３へ送られる。この熱分解ガスは、水蒸気を含んでいるものの、改質炉３３内でタール分やすす等を改質するには熱と酸素が不充分であるため、熱分解ガス燃焼装置１からの燃焼ガスと熱交換器３９で熱交換した水蒸気を含む高温空気（例えば９００℃程度）を、改質用高温空気として改質炉３３内に補給する。
【００３６】
改質炉３３内の途中には、球形セラミックス等の耐熱素材を積層して通気可能とした耐熱素材積層３３ａが形成されており、改質炉３３内に流入した熱分解ガスとそれよりも温度が高い改質用高温空気とは、耐熱素材積層３３ａの無数の微細流路に分散して通過し、改質用高温空気が有する熱と水蒸気に与えながら効果的に混合する。このため、熱分解ガス中の炭化水素と水蒸気との水蒸気改質反応は、微細流路を通過する際に効果的に進行し、短時間での反応が効率よく行われる。同時に、耐熱素材積層３３ａは、蓄熱機能を有するに加え、熱分解ガス中のタール分やすす等を捕捉して、改質を助長するとともに、ガスを浄化する浄化機能も有する。
【００３７】
改質炉３３でこのように改質された熱分解ガスは、フィルタ３４で濾過（煤塵等を除去）された後、冷却・精製装置３６で冷却及び洗浄されることにより、硫黄や塩素や煤塵や重金属等の有害物質が除去された、つまり精製された熱分解ガスとなる。
【００３８】
この精製された熱分解ガスの大部分は、送風機３７からエンジン等へ送られて発電等に供されるが、図２に示したシステムでは、その一部を本発明による熱分解ガス燃焼装置１へ供給して上述のように燃焼させ、その燃焼ガス（図１において無炎燃焼炉６の出口６ｂから排出される燃焼ガス）を、水蒸気を含む空気と熱交換器３９で熱交換させることで、精製後の熱分解ガスを改質用高温空気を生成するための熱源として再利用するとともに、無炎燃焼させることで更に改質無害化してから大気中に排気している。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明による熱分解ガス燃焼装置は、図２に示したような廃棄物炭化兼熱分解ガス利用システムに限らず、熱分解ガスを無炎燃焼させて改質無害化したいとか、熱源とする場合などに広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による熱分解ガス燃焼装置の概要図である。
【図２】これを廃棄物炭化兼熱分解ガス利用システムへ適用した適用例を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  熱分解ガス燃焼装置
２  触媒燃焼器
２ａ  燃焼触媒
３  ミキサ
３ａ  ミキサの入口
４  後方燃焼チューブ
５  予熱チャンバ
５ａ  予熱チャンバの一端壁
６  無炎燃焼炉
６ａ・６ｂ  無炎燃焼炉の入口と出口
７  燃料ガス供給パイプ
８  バルブ
９  フローメータ
１０  熱風供給パイプ
１１  送風機
１２  電気ヒータ
１３  熱分解ガス供給パイプ
【図１】
2006017437.tif 000003
【図２】
2006017437.tif 000004